whatsapp call admin

مقاله پلیمریزاسیون مینی امولسیونی: مزایا و نمونه های کاربردی

word قابل ویرایش
19 صفحه
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

پلیمریزاسیون مینی امولسیونی: مزایا و نمونه های کاربردی

چکیده
سنتز پلیمرها به روش مینی امولسیونی که کمتر از بیست سال از اولین مطالعات جدی بر روی آن میگذرد امروزه هنوز در مرحله ی تحقیقات و ارائه مقالات میباشد و علیرغم تنوع بسیار زیاد مواد تولید شده با این طریق در مقیاس آزمایشگاهی، تولید صنعتی با این روش در جهان بسیار اندک میباشد. طبق بررسی که در تحقیق حاضر بر روی کلیه مطالب چاپ شده در این زمینه صورت گرفت، این روش نوین به دلیل امکان تهیه مواد ترکیبی جدید با خواص بهینه شده و یا تهیه پلیمرهای شناخته شده به روش اقتصادی تر یا با کنترل بهتر فرایند و خواص، میتواند دریچه ی جدیدی را بخصوص برای صنعت پتروشیمی و پلیمر ایران باز کند. کاربرد این روش (که تنها در مکانیسم هسته گذاری نسبت به پلیمریزاسیون امولسیونی معمول متفاوت است)، در راستای مزایای گفته شده بیش از ۱۰ مورد میباشد از جمله: امکان سنتز ذرات پلیمری هیبریدی، ذرات پلیمری با مورفولوژی خاص، کپسوله کردن ذرات جامد غیر آلی، پلیمریزاسیون منومرهای آب گریز در محیط دیسپرسیون آبی و راکتورهای پیوسته پلیمریزاسیون. همچنین امکان پلیمریزاسیون آنیونی، کاتالیستی، مرحله ای، رادیکالی کنترل شده (CRP) در محیط امولسیون آبی از دیگر کاربردهای ویژه این روش میباشد. در این مقاله علاوه بر شرح فرآیند و ویژگیهای آن، به کاربرد هر یک از موارد فوق و نمونه های تهیه شده پرداخته میشود.
واژه های کلیدی: پلیمریزاسیون مینی امولسیونی، هیبرید، دیسپرسیون، مورفولوژی

-۱ مقدمه:
دیسپرسیونهای پلیمری دارای محدوده ی وسیعی از کاربردها مثل رابرهای مصنوعی، رنگها ، چسبها، پیونده ی مواد non-woven می باشند ؛ بعلاوه به عنوان مواد افزودنی در مواد پوششی کاغذ و منسوجات ، اصلاح چرم ، اصلاح کننده ی ضربه در ماتریسهای پلاستیکی و غیره استفاده میشوند.[۱-۲] آنها همچنین در کاربردهای دارویی و پزشکی مثل لوازم تستهای تشخیصی و سیستمهای رهایش دارو نقش مهمی ایفا می کنند. افزایش سریع گرایش صنعت به سمت این دیسپرسیونهای پلیمری (حاوی حداقل ۵۰ درصد آب)، قوانین زیست محیطی برای حذف مواد پایه حلالی و نیز خواص ویژه ی دیگریست که این مواد میتوانند ارائه دهند.
عموما این مواد بوسیله ی پلیمریزاسیون معمول امولسیونی تهیه میشوند. در اصل ذرات پلیمر بوسیله ی وارد شدن رادیکالها به درون مایسلهای تانسیو اکتیو ( هسته گذاری مایسلی یا غیر همگن) یا تجمع الیگومرهای در حال رشد در فاز آبی (هسته گذاری همگن) تولید میشوند. احتمال تشکیل ذرات پلیمری بر روی قطرات منومر بسیار کمتر میباشد چرا که این قطرات با قطر ۱۰-۱ میکرومتر نسبت به قطر مایسلهای متورم شده با منومر که ۲۰-۱۰ نانومتر هستند بسیار بزرگتر بوده و لذا مجموع سطح بسیار کمتری دارند و احتمال اینکه یک رادیکال وارد این قطرات بشود بسیار اندک است.
کلمه ی مینی امولسیون بدین ترتیب برای قطرات روغن در آب با سایز زیر میکرون که بتواند از چند ساعت تا چند ماه پایدار بماند بکار برده میشود.[ ۳] در واقع پلیمریزاسیون مینی امولسیونی مشابه امولسیونی معمولی بوده و فقط مکانیسم هسته گذاری ان (روی قطرات منومر) متفاوت است و همین موضوع باعث کارائی آن در تهیه بسیاری از موارد ویژه گردیده است. در این تحقیق اصول فرآیند پلیمریزاسیون مینی امولسیونی، ویژگیها و کاربرد های آن در طول سالهای اخیر با ذکر مثال شرح داده می شود.

-۲ تاریخچه:
[۴] Ugelstal و همکارانش اولین محققینی بودند که در مورد هستهگذاری روی قطرات ریز شده منومری شرح دادند. همین گروه در مورد پایداری مینیامولسیون نسبت به دما و زمان تحقیقات مستمری داشتهاند .[۵-۶] تحقیقات نشاندهنده بکارگیری الکلهای چرب مثل ستیل الکل[۷] و سپس هگزادکان به عنوان کمک تانسیواکتیو به همراه سیستم هموژناسیون با کارایی بالا برای ایجاد قطرات منومری ریز و هستهگذاری آن میباشد.
مقدار کمی از هگزادکان باعث ممانعت از نفوذ منومری از ذرات کوچکتر به بزرگتر(اثر(ostwald ripening و نیز ممانعت از تخریب مینیامولسیون میشود.[۸]
این اثر در پایداری امولسیونی اولین بار توسط [۹] Higuchi & Misra به وسیله انرژی سطحی تفسیر گردید به این صورت که پتانسیل شیمیایی منومر در قطرات کوچکتر بیشتر از بزرگتر میباشد و لذا منومر از ذرات کوچکتر به بزرگتر نفوذ کرده که موجب قطرات بزرگتر منومر شده و امولسیون ناپایدار میگردد. این دو محقق پیشبینی کردند که افزایش مقدار کمی از ترکیبات نامحلول با نفود آهستهاش در آب میتواند نا پایداری امولسیون را تاخیر بیندازد. به دنبال این ایده، [۲۰]Durbin و همکارانش دریافتند که در غیاب ستیل الکل یا هگزادکان حتی با برشهای شدید امولسیون توسط هموژنایزرها و اولتراسوند هستهگذاری منومری بسیار اندک میباشد.
چنین ترکیبات کوچک مولکول نامحلول در آب در مقالات مربوط به مینیامولسیون کمک تانسیو اکتیو (cosurfactent) نامیده شده- اند. در حالیکه مکانیسم عملکرد آنهاخصوصاً ستیل الکل اثر سطحی نیست بلکه اثر تودهای دارد، لذا به این مواد اصطلاح کمک پایدارکننده هم میگویند.[۱۱]
مینیامولسیون منومری مناسب برای پلیمریزاسیون مینیامولسیونی ذرات زیر میکرونی منومر در آب هستند که با بکارگیری یک کمک پایدارکننده کوچک مولکول نامحلول در آب و یک تانسیواکتیو مناسب پایدار میشوند.
در پایان این قسمت اهمیت کاربرد این روش را با نمایش روند افزایشی مقالات چاپ شده در مورد پلیمریزاسیون مینی امولسیونی از دهه ی ۱۹۹۰ تا کنون بوسیله ی نمودار۱ نشان میدهیم

-۳تهیه مینی امولسیون منومرها
-۱-۳ فرمولاسیون:
یک فرمولاسیون معمولی شامل آب، انواع سطح فعالها، تولید کننده رادیکال آزاد محلول در آب و کمک پایدارکننده و منومر یا منومرها می باشد .انواع منومرهای با حلالیتهای متفاوت درآّب مانند وینیل کلراید – وینیل استات – متیل متاکریلات – بوتیل آکریلات – استایرن
– وینیل هگزا نوات – دو دسیل متاکریلات – استیریل متاکریلات – ترکیبات منومری حاوی آکریلیک اسید و متاکریلیک اسید [۱۲-۳۰] در تحقیقات مختلف به روش مینیامولسیون پلیمریزه شدهاند. هگزادکان [۱۷,۳۱] و ستیل الکل [۲۱] متداولترین کمک پایدارکنندههای بکار رفته میباشند. در تحقیقات اخیر دیده میشود که به جای استفاده از این دو نوع متداول کمک پایدار کننده، تنها از مخلوط تانسیواکتیوهای کاتیونی و غیر یونی برای پایداری مینی امولسیون استفاده شده است.[۳۲] انواع شروعکنندههای رادیکالی در این سیستم میتواند بکار رود [۱۳,۱۷,۱۹,۲۱,۲۴,۲۵,۳۰,۳۱] و غلظت آن هم بر پایداری مینیامولسیون و هم سرعت پلیمریزاسیون و نیز توزیع وزن مولکولی (MWD) اثرگذار میباشد.
عامل انتقال زنجیر مثل نرمال دودسیل مرکاپتان به عنوان عامل کمک پایدارکننده در پلیمریزاسیون مینیامولسیونی متیل متاکریلات [۱۶] و استایرن [۳۳] بکار رفته است. انواع تانسیواکتیوهای یونی و غیر یونی و مخلوط آنها میتوانند بکار برده شوند [۲۱,۲۸,۲۹,۳۴,۳۵,۳۶] و نقش آنها در پلیمریزاسیون مینیامولسیونی مانند امولسیونی معمولی میباشد .[۳۷] با توجه به مکانیسم پلیمریزاسیون و عملکرد تانسیواکتیوها، کارایی تانسیواکتیوهای غیر یونی در پلیمریزاسیون مینیامولسیونی بیشتر است.
ترتیب حل کردن و اختلاط ترکیبات مختلف در آب یا فاز آلی وقتی که سیستم هموژناسیون قوی مورد استفاده قرار گیرد در تعداد قطرات مینیامولسیون تاثیری ندارد.[۲۰]

-۲-۳ همگنسازی:
از بین وسایل مختلف صنعتی برای امولسیون کردن، مهمترین آنها شامل سیستمهای rotor-stator، سیستمهای با امواج ما فوق صوت و هموژنایزرهای فشار بالا میباشند. در سیستم دوم فقط منومرهای فضای اطراف پروب اولتراسوند با مکانیسم شوک حاصل از حفرهزایی توسط امواج به ذرات ریزتر شکسته میشوند و لذا علاوه بر این امواج مافوق صوت باید همزدن معمولی هم در سیستم صورت بگیرد تا تمام منومرها در نزدیک محل موجدهنده قرار بگیرند. پر واضح است که سایز ذرات با افزایش زمان امواجدهی کاهش مییابد. [۲۵,۳۸ ]
به طور خلاصه میتوان گفت که اگر سایز کوچکتر قطرات منومری به عنوان پارامتری برای کارایی سیستم همگنساز به شمار آید، سیستمهای هموژنایزر فشار بالا بهترین کارآیی را دارند و سپس اولتراسوند و در نهایت سیستمهای rotor-stator مفید هستند.[۳۹]
در تحقیقات انجام شده توسط Miller و همکارانش [۴۰] و نیز [۲۳] Chern & chen بر روی انواع کمکپایدارکنندهها، نتیجه حاصل شده این است که در سیستمهای شامل ستیل الکل به عنوان کمکپایدارکننده سایز قطرات منومری با زمان ذخیرهسازی قبل از پلیمریزاسیون افزایش پیدا کرده در حالیکه در مورد هگزادکان ثابت مانده است.
-۴ کاربردهای پلیمریزاسیون به روش مینی امولسیونی
-۱-۴ تهیه ذرات پلیمری هیبریدی
تهیه پلیمرهای هیبریدی میتواند اثر سینرجستیکی خواص مطلوب هر دو پلیمر ترکیب شونده را ارائه دهد و علاوه بر سازگاری خوب بین دو سیستم پلیمر بکار رفته کنترل توزیع اندازه ذرات تولید شده بسیار مهم میباشد، این کنترل با امولسیفای کردن پلیمر قابل دسترسی نمیباشد و اینجا پلیمریزاسیون مینیامولسیونی به خوبی میتواند در سنتز این مواد با خواص کنترل شده کمک کند.[۴۱]
Wang و همکارانش از این سیستم پلیمریزاسیون به همراه اولتراسوند دیسپرسیون (متیل آکریلات – پلیمتیل آکریلات- رزین آلکید) در آب استفاده کردند و بدین طریق خواص سیستمهای پوششهای پایه آبی لاتکسهای آکریلیکی را با خواص رزینهای آلکید تلفیق نموده اند.
مشابه اینکار یعنی پلیمریزاسیون منومرهای آکریلیکی در حضور رزینهای حاوی گروههای فعال (الکید/ آکریلیک)[۴۳] و نیز اپوکسی [۴۴]
و پلییورتان [۴۵]انجام شده است. بر روی سیستمهای پوششهای کراس لینک شونده مثل هیبرید آکریلیک/ پلیاستر نیز تحقیقات مفیدی صورت گرفته است .[۴۶]
-۲-۴ تهیه لاتکسهای با مورفولوژی خاص ذرات
از آنجایی که مورفولوژی ذرات بر بسیاری از خواص کاربردی مثل خواص مکانیکی موثر است و در تهیه مورفولوژیهای خاص اغلب از منومرهای مختلف با خواص آبدوستی یا آبگریزی متفاوت استفاده میشود. هنگامی که در ترکیب منومری، منومرهای آبگریز بکار رود کوپلیمریزاسیون آنها در سیستم مینیامولسیون که هستهگذاری به نفوذ منومر در آب غیر وابسته است، امکانپذیر میباشد.
-۳-۴ کپسوله کردن ذرات جامد غیرآلی
از این گروه میتوان نانو کامپوزیتهای پلیمر- clay را مثال زد که در این ۲۰ ساله ی اخیر مورد توجه خاص محققین قرار گرفته اند؛ از جمله دلایل آن ارائه ی خواص فیزیکی مکانیکی بهتر از پلیمر خالص یا میکرو کامپوزیتهای مشابه میباشد.[۳۲]
از خواص بهبود یافته بوسیله این گروه از مواد میتوان از مدول ، مقامت دمایی و خواص نوری مثال زد.[۴۷]
این گونه از مواد در محصولات بهداشتی آرایشی، دارویی، رنگ و ذرات پرکننده و تقویتکننده پلیمرها کاربردهای جالبی پیدا کردهاند. [۴۸ ]
البته تهیه این سیستمها به روش پلیمریزاسیون امولسیونی معمولی هم گزارش شده است [۴۹-۵۰] ولی محل پلیمریزاسیون عمدتاً بر روی سطح ذرات غیرآلی نبوده است. Erdem و همکارانش [۴۸,۵۱,۵۲] نشان دادند که پلیمریزاسیون مینیامولسیونی میتواند بهترین انتخاب برای کپسوله کردن ذرات غیرآلی باشد. این روش برای کپسوله کردن مواد غیرآلی مختلف مثل کربنات کلسیم[۵۳] ، کربن سیاه[۵۴] و اکسید آهن
[۵۵] و[۵۶] SiO2 بکار گرفته شده است. گروه نانو کامپوزیتهای پلیمر/ مگنتیک کاربردهای زیادی خصوصا در زمینه ی پزشکی دارویی نشان داده اند; شکل ۱ مورفولوژی هسته –پوسته ی این مواد را به خوبی نشان میدهد.[۵۵]

-۴-۴ تهیه امولسیون از منومرهای هیدروفوب
فیلمهای پلیمری به دست آمده از منومرهای هیدروفوب مقاومت به آب عالی دارند و بکارگیری این منومرهای هیدروفوب در ساختار اصلی پلیمر نهایی در سیستم مینیامولسیونی از پلیمریزاسیون امولسیون معمول آسانتر است زیرا همانطور که گفته شد مکانیسم هسته- گذاری متفاوت میباشد.

به عنوان مثال وهمکارانش در تحقیق خود به کارائی مینی امولسیون در تزریق منومرهای هیدروفوب داخل یک ساختار کوپلیمری اشاره کرده اند. در تحقیق گروه [۵۸] landfester امکان پلیمریزاسیون اپوکسیدها با دی آمینها و دی تیولها و دیولها در مینی امولسیون اما به شرط استفاده از مقادیر زیاد تانسیو اکتیو شرح داده شده است.

-۵-۴ امکان استفاده از راکتورهای پیوسته ی پلیمریزا سیون
استفاده از سیستمهای پیوسته به جای بچ میتواند بسیاری از هزینه ها را خصوصا با بهبود مشخصات حرارتی سیستم کاهش دهد و نیز کیفیت یکنواخت تری از محصول را ارائه دهد. از آنجا که در پلیمریزاسیون امولسیونی معمولی به دلیل نقش مهم تانسیواکتیو در هسته گذاری ذرات، درجه تبدیل و توزیع اندازه ذرات متفاوتی در سیستم پیوسته تولید دیده می شود بوسیله پلیمریزاسیون امولسیونی معمولی مزیت یکنواختی محصولات قابل حصول نیست و این نکته شایه معضل بزرگی برای صنایع تولید کننده لاتکسها مانند پتروشیمی کشور باشد.
این مطلب با مقایسه پلیمریزاسیون پلی متیل متاکریلات در راکتور CSTR با دو سیستم پلیمریزاسیون امولسیونی معمولی و مینی امولسیونی در مرجع [۵۹] شرح داده شده است؛ انها یکنواختی بیشتری از خواص محصول را در سیستم مینی امولسیونی مشاهده کرده اند.
همچنین گروه پروفسور ASUA سیستم پیوسته ی CSTR را برای پلیمریزاسیون مینی امولسیونی وینیل استات بکار برده اند. Aizpuara و همکارانش [۶۱] یک مقایسه ی جامع از پلیمریزاسیون امولسیونی معمولی و مینی امولسیونی وینیل استات در راکتور CSTR در شرایط وسیع آزمایشی ارائه داده اند و مزیت مینی امولسیونی را تایید کرده اند. لاتکسهای با درصد جامد بالا (%۶۰) نیز در این راکتورها بوسیله مینی امولسیون حاصل شده اند.[۶۲] از آنجائیکه که مینی امولسیونها پایداری Shelf بهتری از امولسیون های معمولی دارند میتوانند حتی در راکتورهای تیوبی (tubular) تولید شوند .[۶۳-۶۴]

-۶-۴ پلیمریزاسیون آنیونی در محیط امولسیونی
پلیمریزاسیون آنیونی منومرهایی که انحلال در آب کمتری دارند می تواند در سیستم مینی امولسیونی با موفقیت انجام شود و MW نسبتا مناسبی بدست آید.[۶۵-۶۶] در تحقیق دیگری در مورد تفاوت الگوی پلیمریزاسیون آنیونی یک منومر خاص به روش مینی امولسیون در مقایسه با پلیمریزاسیون تودهای شرح داده شده است. [۶۷ ]

-۷-۴ پلیمریزاسیون کاتالیستی
از آنجائیکه مواد فعال غیر رادیکالی مثل ( موادیونی و ارگانومتالیکها) در آب فعال نیستند، پلیمریزاسیون در محیط آبی محدود به انواع پلیمریزاسیون های رادیکال آزاد می باشد، ولی در دهه اخیر با ظهور کاتالیستهای فوق فعال [۶۸] water – tolerant

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 19 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد